摘要: 本文分析了塔吊的工作原理和回轉(zhuǎn)控制技術(shù)要求，提出了直接采用多臺變頻器控制多臺電機(jī),，實(shí)現(xiàn)同步控制方案。VACON變頻器具有可編程功能,，編程工具Vacon NC1131-3 Engineering是一個符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的圖形化的編程工具,，它可以用來設(shè)計Vacon NX特殊的控制邏輯和參數(shù)。它包含了基本功能模塊和高級功能模塊,，如各種濾波器,，PI控制器和積分器。NC1131-3可以創(chuàng)建參數(shù),，故障信息和其他與應(yīng)用相關(guān)的特性,。塔吊回轉(zhuǎn)控制中采用主從同步控制算法，主從變頻器間用光纖通訊,。實(shí)際應(yīng)用證明用此方案實(shí)現(xiàn)的塔吊回轉(zhuǎn)控制具有噪音小,、高效、節(jié)能,、同步性能好等優(yōu)點(diǎn),，具有很好的市場推廣價值,。
關(guān)鍵詞: VACON變頻器；塔吊,；主從同步控制;
1 引言
現(xiàn)在,，我國的建筑用塔式起重機(jī)已越來越普遍，從普通的多層建筑,、房地產(chǎn)工程,、高層建筑到大型的鐵路工程、橋梁工程,、電力工程,、水利工程，到處都有塔機(jī)的應(yīng)用,。計算機(jī)輔助設(shè)計,、微電子技術(shù)、程控語言控制技術(shù)都在塔機(jī)上得到了應(yīng)用,。其中啟升機(jī)構(gòu),、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、小車變幅機(jī)構(gòu)的控制發(fā)展趨勢是采用變頻器控制,?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是具有較大的慣性沖擊，啟動過快沖擊大,，停車和打反轉(zhuǎn)都不允許過快過急,，否則不僅運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，還會損壞機(jī)構(gòu),。更好的解決辦法是采用回轉(zhuǎn)專用減速機(jī),，同時采用變頻調(diào)速使起制動最平穩(wěn)。并且采用變頻器控制以后使系統(tǒng)控制更為簡單,，控制系統(tǒng)具有多重保護(hù),，使系統(tǒng)更加安全可靠。
2 塔吊回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作原理小齒輪
塔吊是靠起重臂回轉(zhuǎn)來保證其工作覆蓋面的,，回轉(zhuǎn)運(yùn)動的產(chǎn)生是通過上,、下回轉(zhuǎn)支座分別裝在回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)外圈上，并由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動小齒輪,，小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的大齒圈嚙合,，帶動回轉(zhuǎn)上支座相對于下支座運(yùn)動。大齒圈需要兩至四個小齒輪驅(qū)動,，小齒輪均勻放在大齒圈四周,，如圖1。
塔機(jī)回轉(zhuǎn)慣性很大,，回轉(zhuǎn)起,、制動時往往會有慣性沖擊,。為保證回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作特性要軟,，回轉(zhuǎn)加減速度一定要小,，要求驅(qū)動小齒輪的電動機(jī)之間保持同步。
3 回轉(zhuǎn)同步控制原理
為實(shí)現(xiàn)驅(qū)動小齒輪的電動機(jī)之間保持同步,，采用具有同步控制應(yīng)用宏的VACON變頻器,。作為低壓變頻器領(lǐng)域的主要領(lǐng)導(dǎo)者之一的芬蘭瓦薩控制系統(tǒng)有限公司, 是世界上唯一的一家變頻器專業(yè)制造商。其研發(fā)的VACON變頻器具有可編程功能,，有專用于起重機(jī)的起升應(yīng)用宏和回轉(zhuǎn)主從同步控制應(yīng)用宏,，具有優(yōu)良的控制性能。
VACON變頻器主從同步控制應(yīng)用宏是為采用NXP系列變頻器且電機(jī)軸之間由齒輪,、鏈條,、皮帶等連接的應(yīng)用系統(tǒng)而設(shè)計的。
外部控制信號只提供給主NXP變頻器,，主變頻器經(jīng)過系統(tǒng)總線控制從變頻器,。主變頻器采用典型的速度控制狀態(tài)，其它的從變頻器是轉(zhuǎn)矩或速度參考,。
從變頻器轉(zhuǎn)矩參考控制用于當(dāng)主變頻器與從變頻器軸之間為剛性連接時,，如齒輪、鏈條連接,。以便驅(qū)動之間沒有速度差別,。從變頻器速度參考控制用于當(dāng)主變頻器與從變頻器軸之間柔性連接時，以便驅(qū)動之間略為有速度差別,。
主從變頻器通過擴(kuò)展卡NXOPTD2連接,，擴(kuò)展卡之間同過光纜實(shí)現(xiàn)通訊。變頻器在這種連接方式下,，最左邊的為主變頻器,，其他的為從變頻器。在主變頻器上的擴(kuò)展板NXOPD2是默認(rèn)的跳線選擇,，如X6:1-2 , X5: 1-2. 在從變頻器上的擴(kuò)展板NXOPD2是必須改成如下的跳線選擇，如 X6:1-2 , X5: 2-3,。每臺變頻器驅(qū)動各自電機(jī),，通過主從控制功能實(shí)現(xiàn)同步控制。
3.1 主從同步控制控制參數(shù)設(shè)計
主從同步控制參數(shù)組設(shè)計了主從系統(tǒng)功能,，主從參數(shù)通訊中沒有經(jīng)過系統(tǒng)總線從從機(jī)反饋給主機(jī)的信號,，推薦把從機(jī)的故障輸出信號連接到主機(jī)外部故障輸入端。系統(tǒng)總線通訊中丟失從機(jī)將觸發(fā)#81系統(tǒng)總線錯誤,，如果主機(jī)報警從機(jī)將報#80錯誤,。參數(shù)敘述如下：
P2.12.1 主從選擇: 此參數(shù)定義了主從連接的驅(qū)動關(guān)系,。主機(jī)次參數(shù)設(shè)定為Master ,主機(jī)將通過光纖通道傳輸主從控制字，速度參考,，轉(zhuǎn)矩參考等,。從機(jī)次參數(shù)設(shè)定為FOLLOWER同時把控制位置參數(shù)P3.1設(shè)定為Systembus.
P2.12.2 本機(jī)系統(tǒng)總線ID號:用于系統(tǒng)總線驅(qū)動。0～63每臺驅(qū)動器都有唯一的本機(jī)系統(tǒng)總線ID號,。
P2.12.3 從機(jī)系統(tǒng)總線ID號：主從通訊中下一臺驅(qū)動器,。
P2.12.4 系統(tǒng)總線通訊速度:設(shè)置系統(tǒng)總線通訊速度。0=1.5 Mbit/s 1=3 Mbit/s
P2.12.5 轉(zhuǎn)矩模式選擇: 主機(jī)是典型的速度控制,。參數(shù)可選如下：
0=不用
1=速度控制：當(dāng)主從電機(jī)軸是柔性連接時,，主機(jī)從機(jī)都可設(shè)置成此參數(shù)，以便允許主機(jī)從機(jī)之間速度有一些差別,。
2=轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制驅(qū)動,。當(dāng)主從電機(jī)軸是剛性連接時（用齒輪或鏈條）此參數(shù)用于從機(jī)選擇，以便主機(jī)從機(jī)之間沒有速度差別,。
3=轉(zhuǎn)矩參考和速度控制器輸出中最小值：轉(zhuǎn)矩選擇器比較轉(zhuǎn)矩參考值和速度控制器輸出值,。用其中較小值作為電動機(jī)轉(zhuǎn)矩參考。只在特殊情況使用,。
4=轉(zhuǎn)矩參考和速度控制器輸出中最大值：轉(zhuǎn)矩選擇器比較轉(zhuǎn)矩參考值和速度控制器輸出值,。用其中較大值作為電動機(jī)轉(zhuǎn)矩參考。只在特殊情況使用,。
P2.12.6 轉(zhuǎn)矩標(biāo)定:對應(yīng)于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩,。默認(rèn)值1000。此參數(shù)轉(zhuǎn)矩參考的標(biāo)定因子,。選擇1000對應(yīng)于額定轉(zhuǎn)矩參考,。
P2.12.7 負(fù)載分配比例：負(fù)載分配轉(zhuǎn)矩參考的百分?jǐn)?shù)。如設(shè)定100%=驅(qū)動器間根據(jù)額定轉(zhuǎn)矩分配負(fù)載,。
P2.12.8 轉(zhuǎn)矩參考源選擇:從機(jī)轉(zhuǎn)矩參考源,。
0=不用
1=主機(jī)
2=現(xiàn)場總線
3=模擬1信號
4=模擬2信號
P2.12.9 從機(jī)參考頻率：從機(jī)速度參考源。
0=從機(jī)本身參考頻率
1=主機(jī)參考頻率
2=主機(jī)輸出斜坡（從機(jī)斜坡不起作用）
3.2 實(shí)驗(yàn)調(diào)試結(jié)果分析
此控制系統(tǒng)應(yīng)用在沈陽建筑機(jī)械廠K520塔吊上,，回轉(zhuǎn)控制圖1中用4四個小齒輪分別用4臺11KW電動機(jī)驅(qū)動,，4臺電動機(jī)分別由4臺Vacon變頻器驅(qū)動，構(gòu)成主從控制,，變頻器1為主控制器設(shè)定為速度控制,，其他3臺變頻器為從控制器設(shè)定為轉(zhuǎn)矩控制。工作中4臺電機(jī)的轉(zhuǎn)矩基本相等,，回轉(zhuǎn)起,、停控制平穩(wěn)，控制效果達(dá)到要求,，用戶滿意,。
4 結(jié)論
應(yīng)用變頻器的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：
回轉(zhuǎn)起、?？刂破椒€(wěn),，由于采用芬蘭瓦薩控制系統(tǒng)有限公司的VACON變頻器,用其開放式編程平臺，開發(fā)的主從同步控制應(yīng)用宏,，使控制系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制性能,。同時系統(tǒng)運(yùn)行安全，性能可靠,，電動機(jī)發(fā)生過載,、過壓、過流時,，變頻器會及時給出報警,，停止系統(tǒng)工作。高效節(jié)能,，在變頻器控制下,，電動機(jī)大部分時間沒有達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，節(jié)能效果明顯,。采用變頻器控制塔吊的回轉(zhuǎn),，回轉(zhuǎn)性能優(yōu)越，具有很好的推廣價值,。
參考文獻(xiàn)：孫在魯.《塔式起重機(jī)應(yīng)用技術(shù)》 北京: 中國建材工業(yè)出版社 2003.
李永東.《交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)》 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社 2001.
滿永奎,、吳成東.《通用變頻器及其應(yīng)用》 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社 1996.